(57)【要約】  電池モジュールの電池モジュールは、複数の電池から構成されたセル群と、ＥＣＵとを含んでいる。電池の安全弁は、対向部材と対向している。対向部材とセル群との間には、音センサが配置されており、音センサは、ＥＣＵの弁作動検知部と接続されている。弁作動検知部は、音センサの出力信号に基づいて、セル群の少なくとも１つの電池の安全弁が作動したことを検知する。その結果、複数の電池に対して、１つ、もしくは少数の音センサを設けるだけで、複数の電池の安全弁の作動を検知することができる。したがって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。
2011101942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも１つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも１つの音センサと、を具備する、電池モジュール。
【請求項２】
前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備する、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記音センサが、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力し、前記弁作動検知部は、前記第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、前記安全弁が作動したものと判断する、請求項２記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記複数の電池の前記安全弁の少なくとも１つの作動音の周波数が、他の前記安全弁の作動音の周波数と異なっており、
前記音センサが、さらに、検出した音の周波数に応じた第２信号を出力し、
前記弁作動検知部は、前記第１信号及び第２信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記音センサが、前記複数の電池の前記安全弁のそれぞれからの距離が全て異なるように配設されており、
前記弁作動検知部は、前記第１信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項３記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記音センサが、所定距離をおいて配置される第１センサ及び第２センサを有し、
前記弁作動検知部は、前記第１センサ及び第２センサがそれぞれ出力する前記第１信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項３記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記複数の電池が２以上のグループに分けられるとともに、
前記２以上のグループのそれぞれと対応して、前記音センサが少なくとも１つずつ配設されており、
前記弁作動検知部は、前記グループ単位で前記安全弁の作動を検知する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には、電池モジュールの安全性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用電源には、多数個の電池（例えば二次電池）が、直列または並列に、あるいは並列と直列とを組み合わせて接続された状態で使用されている。そして、１または複数個の電池を１単位として、それに充放電の制御回路や安全装置を付加して１つにまとめたものを電池パックもしくは電池モジュールと呼ぶ。電気自動車やハイブリッド自動車では、通常、複数個の電池モジュールを互いに電気的に接続して使用している。【０００３】
そのような電池モジュールに使用される高容量電池、特にリチウムイオン電池には、通常、防爆弁等の安全弁が備えられている。電池が異常な高温環境下に置かれた場合や過充電状態になった場合には電池内部で多量のガスが発生する。この際に、電池内圧が異常に上昇すると、ガスを外部に逃がすために安全弁が作動する。【０００４】
安全弁が作動した電池は、それ以上の使用を中止するために、電流が遮断される。よって、安全弁の作動を検知する必要性が生じる。このため、例えば特許文献１では、安全弁の近傍に噴出ガスの温度を検知する温度センサを配置することが提案されている。特許文献２では、安全弁が作動すると同時に切断されるように、安全弁にワイヤを取り付け、そのワイヤの切断を検知して、安全弁の作動を検知することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５９３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、安全弁の近傍に温度センサを配置する場合には、複数の電池のそれぞれに温度センサを設ける必要があり、コストが上昇するとともに、電池モジュールが大型化する。特に、電気自動車等の駆動用電源においては、電池の個数が１００個以上に達する場合もある。そのような場合には、温度センサの数も大量になり、コストが大幅に上昇する。また、温度センサを制御回路等と接続するための配線も非常に長くなる。このため、配線へのノイズの混入による誤検知も増大する。【０００７】
さらに、安全弁の作動の検知に温度センサを使用する方法には、検知に時間を要するという根本的な問題がある。安全弁の作動直後は噴出ガスの温度も低いために、安全弁の作動を検知するまでには時間を要する。その結果、電池に異常が発生したときに、迅速に電流を遮断することができないことも考えられる。【０００８】
また、安全弁にワイヤを取り付けて、安全弁の作動を検知する方法では、電池の製造工程で個々の電池に煩雑な加工を行う必要があり、工数が増大する。その結果、電池の製造ラインを組み替える必要性も生じる。このため、コストはさらに増大する。また、この場合にも配線長が長くなることにより誤検知が増大することは、温度センサを設ける場合と同様である。【０００９】
本発明は、電池モジュールを構成する電池の安全弁の作動を簡易かつ十分な精度で検知することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面は、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも１つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも１つの音センサと、を具備する、電池モジュールに関する。【００１１】
電池モジュールは、前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備することができる。【００１２】
ここで、互いに電気的に接続された複数の電池は、電池集合体もしくはセル群とも称される。そして、電池集合体の少なくとも一部を覆う前記対向部材は、遮音部材として機能することが好ましい。音センサは、前記対向部材と電池集合体との間、すなわち対向部材の電池集合体側に配置される。安全弁は、例えば前記電池の内圧が所定値以上であると破断して、内部ガスを外部に放出する易破断部を含む弁機構を有する。前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁（弁機構）が作動したことを検知する弁作動検知部は、所定の制御部（ＥＣＵ等）に設けることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、複数の電池に対して、１つ、もしくは少数の音センサを設けるだけで、複数の電池の安全弁の作動を検知することができる。したがって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。【００１４】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【図２】電池モジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図３】拘束部材の外観を示す斜視図である。
【図４】セル群の一部分の斜視図である。
【図５】セル群に対向部材を配置した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の電池モジュールは、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、それらの電池の安全弁と間隔をあけて対向配置される少なくとも１つの対向部材と、その対向部材と電池との間に配置され、安全弁の作動音を検出する音センサと、を具備する。ここで、電池モジュールには、音センサの出力信号に基づいて、安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備させることができる。ただし、弁作動検知部は、音センサと連携して機能できる態様であれば、電池モジュールと一体に設置されていなくてもよく、電池モジュールが装着される負荷機器等、電池モジュールの外部に設けることもできる。
【００１７】
安全弁は、電池内圧が異常に上昇したような場合に、電池内部のガスを外部に噴出するように作動する。したがって、安全弁が作動すると比較的に大きな音が発生する。よって、各電池の安全弁と対向する対向部材を、安全弁とは間隔をあけて配置するとともに、その対向部材と電池との間に音センサを配置することで、音センサにより安全弁の作動音を容易に検出することができる。よって、電池モジュールに少なくとも１つの音センサを設けるだけで、その音センサの出力信号に基づいて、複数の電池の中の少なくとも１つの電池の安全弁が作動したことを検知することが可能となる。
【００１８】
ここで、音センサを、全ての電池の安全弁の比較的近傍の位置に配置し、その外側に対向部材を配置すれば、たとえ音センサの感度を低くしても、安全弁の作動音を容易に検出することができる。さらに、音センサの感度を低くすることで、外部の音が検出され難くなり、安全弁の作動を誤検知するのを防止することができる。よって、音センサと、対向部材の配置を適切なものとすることで、十分な精度で安全弁の作動を検知することが可能となる。このとき、音センサは、１つに限らず、各電池の安全弁と音センサとの距離が大きくなりすぎないように、２以上の音センサを使用することができる。
【００１９】
また、複数の電池の安全弁が全て同じ方向にガスを放出するのではなく、２以上の方向にガスを放出するように各電池が配置されているような場合には、その全ての方向に対向部材を配置するとともに、それらの対向部材と電池との間にそれぞれ音センサを配置すれば、全ての電池の安全弁の作動を十分な精度で検知するができる。
【００２０】
なお、複数の電池の安全弁のガスを放出する方向が２以下となるように各電池を配置するのが、音センサの数の増大を抑えるためには好ましい。これにより、コストの増大を抑えることができるとともに、配線長の増大も抑えることができる。したがって、ノイズの混入による誤検知を抑制して、高い精度で安全弁の作動を検知することができる。
【００２１】
ここで、対向部材は、外部の音を遮断するという観点からは、できるだけ高い遮音性を有する材料から形成するのが好ましい。これにより、検知精度が向上する。特に限定されないが、ＪＩＳ−Ａ１４１６に基づいて測定される５００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、２０〜４０ｄＢとなるように対向部材を形成することができる。
【００２２】
以上のように、本発明は、少なくとも１つの音センサを使用するだけで、電池モジュールの全ての電池について、簡易かつ十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、簡易かつ十分な精度で全ての電池の安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。さらに、安全弁が作動すると、その作動を、ほとんど間をおくことなく、直ちに検知することができる。よって、安全弁が作動したときに、電池の電流を遮断する等の必要な処置を迅速に行うことができる。
【００２３】
なお、安全弁が、電池の発電要素を収容する金属製の電池ケース、ないしはその電池ケースの開口を封口する金属製の封口板に設けられた薄肉部（易破断部）を含む態様では、その薄肉部が金属であることにより、一般的に、安全弁の作動音は比較的大きくなる。したがって、そのような場合には、安全弁の作動を、より高い精度で検知することができる。
【００２４】
本発明の一形態においては、音センサは、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力し、弁作動検知部は、第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、安全弁が作動したものと判断する。
【００２５】
このような方法で安全弁の作動を検知することで、機構が複雑化するのを防止することができる。上記以外で安全弁の作動を検知する方法としては、例えば、安全弁の作動音をあらかじめ周波数解析し、その結果を記憶しておくことが考えられる。そして、電池モジュールの使用中に音センサで検出された音を周波数解析し、その結果が、上記記憶された結果と一致すれば、安全弁が作動したと判定することができる。そのような検知方法では、音センサで検出された音を周波数解析するための回路が必要となる。
【００２６】
これに対して、音センサにより検出される音の大きさ（例えば音圧レベル）を基準値と比較することで安全弁の作動を検知する本形態では、高い処理能力を有する演算処理装置等を弁作動検知部に使用することなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。また、処理に時間を要しないので、安全弁が作動したことを直ちに検知することができる。
【００２７】
本発明の他の形態においては、電池モジュールの複数の電池の安全弁の少なくとも１つの作動音の周波数が、他の安全弁の作動音の周波数と異なっている。音センサは、第１信号とともに、検出した作動音の周波数に応じた第２信号を出力する。そして、弁作動検知部は、第１信号及び第２信号に基づいて、複数の電池のいずれの安全弁が作動したかを判別する。
【００２８】
例えば、複数の電池の安全弁の作動音の周波数を２種類にすれば、複数の電池を２つのグループに分けることができる。そして、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どちらのグループの電池の安全弁が作動したのかを知ることができる。よって、安全弁が作動した電池を特定しやすくなる。さらに、例えば電池モジュールに含まれる全ての電池の安全弁の作動音の周波数を互いに異ならせれば、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どの電池の安全弁が作動したのかを正確に知ることができる。なお、第１信号は、安全弁が作動した電池があるのか否かを判別するのに使用することができる。
【００２９】
その結果、安全弁が作動した電池の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後でその電池を交換するときの作業を効率よく行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、各電池の安全弁を外部から視認し難いような構造となっているような場合には、その効果が顕著となる。
【００３０】
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、複数の電池の安全弁のそれぞれからの距離が全て異なるように配設されている。そして、弁作動検知部は、上記第１信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。
【００３１】
上述したとおり、音センサにより検出された音が基準値以上の大きさであれば電池モジュールの少なくとも１つの電池の安全弁が作動したことが分かる。さらに、安全弁の作動音の大きさが常に一定であるような場合には、音センサの検出した作動音の大きさに基づいて、音センサと、安全弁との距離を知ることができる。よって、電池モジュールの複数の電池の中で、安全弁が作動した電池を判別することができ、上述の効果と同様の効果を達成することができる。
【００３２】
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、所定距離をおいて配置される第１センサ及び第２センサを有する。そして、弁作動検知部は、第１センサ及び第２センサがそれぞれ出力する第１信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。
【００３３】
例えば、各電池の安全弁が一列に並ぶように電池モジュールの複数の電池が配置されているような場合には、その並びの方向の異なった位置に第１センサ及び第２センサを配置する。これにより、安全弁が作動した電池の位置に応じて、第１センサ及び第２センサが検出する作動音の大きさの比が決まる。よって、安全弁の作動音の大きさが常に一定ではない場合にも、各センサが検出した作動音を比較することにより、安全弁が作動した電池を正確に特定することが可能となる。よって、上述の効果と同様の効果を達成することができる。
【００３４】
本発明の他の形態においては、複数の電池が２以上のグループに分けられるとともに、２以上のグループのそれぞれに対応して、音センサが少なくとも１つずつ配設される。そして、弁作動検知部は、グループ単位で安全弁の作動を検知する。
【００３５】
上述した通り、複数の電池の安全弁が２以上の方向にガスを放出するような態様では、音センサも複数個配設する必要性が生じる。そのような場合には、弁作動検知部が、グループ単位で安全弁の作動を検知するように構成する。これにより、例えば各グループを並列に接続しているような場合には、安全弁の作動が検知されたグループの電池の電流だけを遮断するような制御が可能となる。よって、安全弁の作動が検知されていないグループの電池からは、負荷機器への電力の供給が可能となり、例えば負荷機器が電気自動車であれば、所定の施設まで運転を継続させることも可能となる。
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成をブロック図により示す。
電池モジュール１０は、所定数（図示例では１０個）の電池１２から構成されるセル群１４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１６とを具備する。各電池１２の安全弁４２は、板状の対向部材１８と対向している。対向部材１８は遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。
【００３７】
そして、各電池１２の安全弁４２の作動音を検出するために、所定数（図示例では１つ）の音センサ２０が対向部材１８と各電池１２との間に配設されている。なお、音センサ２０は、対向部材１８と接触するように設けてもよいし、接触しないように設けてもよい。
【００３８】
音センサ２０には、静電型（コンデンサ）マイクロフォン、動電型マイクロフォン等を使用することができる。ＥＣＵ１６は、マイクロプロセッサ、またはＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダム・アクセス・メモリ）及びＲＯＭ（Read Only Memory：リードオンリーメモリ）等のメモリ、入出力装置及び通信モジュールを含む。そして、ＥＣＵ１６は、電池容量の算出、必要充放電量の決定、及び充放電のコントロール等の制御を行う。また、ＥＣＵ１６は、後で説明する弁作動検知部１７を含む。音センサ２０の出力信号は、弁作動検知部１７に入力される。
【００３９】
図２に、ＥＣＵ及び対向部材１８を取り外した状態の電池モジュールの外観を斜視図により示す。図３に、各電池１２を積み重ねた状態で拘束する拘束部材の外観を斜視図により示す。電池１２は、扁平角形であり、それらの厚み方向に積み重ねられることで、セル群１４を構成している。セル群１４の積層方向の外側には、それぞれ、一対のエンドプレート２２が配置されている。
【００４０】
一対のエンドプレート２２は、それぞれ、略長方形状であり、棒状の４本の拘束部材２４により四隅が互いに連結されている。また、各エンドプレート２２は、２つの長辺のそれぞれの中央位置で棒状の連結部材２６により互いに連結されている。
【００４１】
拘束部材２４の素材には、例えば、ＧＦ−ＰＥＴ（ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）のような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを使用するのが好ましい。連結部材２６には、例えば、アルマイト加工したアルミニウムを使用することができる。
【００４２】
図３に示すように、拘束部材２４には、軸方向に並ぶように、所定数（図示例では１０個）のセル係合部２４ａが設けられている。各電池１２は、それぞれ、４本の拘束部材２４のセル係合部２４ａと四隅がそれぞれ係合することで、一対のエンドプレート２２の間で、４本の拘束部材２４により支持されている。
【００４３】
図４に、セル群の一部分を斜視図により示す。図４は、セル群１４の中で隣り合う２つの電池１２に着目したものである。
【００４４】
セル群１４において、隣り合う２つの電池１２の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられている。上記隙間には、電池１２の膨張を抑制し、かつ流体流路を確保するために、波状部３２を有する略長方形のスペーサ３０が配置されている。波状部３２の両面には、流体流路として、スペーサ３０の短辺と平行で真っ直ぐな複数の溝が、スペーサ３０の長辺と平行な方向に一定のピッチで設けられている。スペーサ３０の各面の間で、複数の溝の位相は１／２ピッチだけずれている。スペーサ３０の素材には、例えば、ＧＦ−ＰＥＴやＰＣを使用することができる。
【００４５】
電池１２は、図示はしないが、正極、負極、およびこれらの間に介在させたセパレータ、並びに電解質で構成された発電要素を、金属製の電池ケース３４に収納した二次電池である。このような二次電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が挙げられる。ニッケル水素電池の場合、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解質に水酸化カリウム水溶液が用いられる。リチウムイオン電池の場合、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛などの炭素材料が用いられる。
【００４６】
より具体的には、電池１２は、一端部に開口を有する、有底角型の電池ケース３４と、その開口を封口する封口板３６とを備えている。封口板３６は、全体が金属（例えば、アルミニウム）から構成されており、その表面には、負極と接続された負極外部端子３８及び注液口４０が突設されている。電池ケース３４は正極と接続されており、電池ケース３４及び封口板３６が正極外部端子として機能する。
【００４７】
また、封口板３６には、薄肉部を含む安全弁４２が設けられている。その薄肉部は、封口板３６に切り欠き状の溝を形成することで設けることができる。そのような安全弁４２は、電池内圧が異常に上昇すると、薄肉部が比較的容易に破断して、電池ケース３４の内部のガスを外部に放出する。そして、金属からなる薄肉部が破断するときに音を発生する。このように、図示例の電池１２においては、安全弁４２が金属部分を含んでいるので作動音が大きくなり、安全弁４２の作動の検知精度が良好となる。
【００４８】
電池１２の容量は、３〜１００Ａｈとすることができる。電池１２の容量がこのような範囲であれば、安全弁４２の作動音がかなり大きくなるために、本発明を適用するのに好適である。より好適な電池１２の容量の範囲は、５〜３０Ａｈである。本発明は、そのような大型の二次電池に好適に適用することができる。
【００４９】
図４に示すように、図示例のセル群１４において、隣り合う２つの電池１２は、安全弁４２の設けられた封口板３６が同じ向きとなるように配設されている。その結果、セル群１４全体で、各電池１２の安全弁４２は同じ方向にガスを放出するように、一列に並んでいる。
【００５０】
さらに、隣り合う２つの電池１２の一方の電池１２（図４では、手前側の電池１２）の負極外部端子３８は、他方の電池１２の正極外部端子（封口板３６）と、導体からなる接続板４４により接続されている。そして、他方の電池１２の負極外部端子３８は、さらに、図示はしないが、隣の電池１２の正極外部端子（封口板３６）と接続板４４により接続されている。このようにして、セル群１４の全ての電池１２が直列に接続されている。
【００５１】
以上のように、全ての電池１２の封口板３６を同じ向きに配置することで、全ての電池１２の安全弁４２が同じ向きにガスを放出する。このため、１つの音センサで全ての電池の安全弁４２の作動音を検出することが可能となる。
【００５２】
なお、隣り合う電池１２の封口板３６が互いに反対側を向くように、各電池１２を積み重ねることも可能である。この場合には、それぞれの方向に対向部材１８を配置するとともに、各対向部材とセル群１４との間に少なくとも１つずつ音センサを配置することで、全ての電池１２の安全弁４２の作動音を検出することができる。
【００５３】
このとき、各電池１２は、封口板３６の向きが異なる２つのグループに分けられていると考えることができる。そして、そのような場合には、弁作動検知部１７は、各グループ単位で安全弁４２の作動を検知することができる。
【００５４】
セル群１４において、電池１２の積層方向の一端部の電池１２は、負極外部端子３８が他の電池モジュール１０または図示しない負荷機器と接続され、他端部の電池１２は、正極外部端子（封口板３６等）が他の電池モジュール１０または図示しない負荷機器と接続されている。
【００５５】
図５に、図１の対向部材と対応する蓋板によりセル群の一端部を覆った状態を、斜視図により示す。蓋板４６は、セル群１４で各電池１２の封口板３６が並ぶ端部を覆っている。上記端部の反対側の端部は、別の蓋板４８により覆われている。蓋板４６は、図１の対向部材１８と対応している。よって、蓋板４６は、遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。音センサ２０は、例えば蓋板４６の内側の面の中央部に取り付けることができる。
【００５６】
次に、安全弁の作動検知について説明する。
ＥＣＵ１６の弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号に基づいて、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知する。例えば、音センサ２０として、検出した音の大きさに応じた信号を出力するセンサ（前述のコンデンサマイクロフォン等）を使用する。そして、弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号から音センサ２０が検出した音の大きさ（音圧レベル）Ｌpを求める。そして、その音の大きさＬpを基準値ＬpRと比較する。
【００５７】
このとき、音センサ２０が検出した音の大きさＬpが基準値ＬpRに達していると（Ｌp≧ＬpR）、弁作動検知部１７は、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したものと判断する。このようにして、弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号に基づいて、セル群１４に属する少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知することができる。ここで、基準値ＬpRは、ＥＣＵ１６のメモリ（例えばＲＯＭ）に格納しておくことができる。
【００５８】
蓋板４６（対向部材１８）は、例えば、ＪＩＳ−Ａ１４１６に基づいて測定したときの５００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、２０〜４０ｄＢであるような部材から形成することができる。
【００５９】
そのような材料としては、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等が考えられる。また、そのような樹脂は、絶縁性および耐熱性を有するとともに、高い遮音性を備えさせることができる。エンドプレート２２および拘束部材２４の素材もまた、外部からの音の回り込みを抑えるために、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等の遮音性の高い材料を使用することが好ましい。なお、蓋板４６の厚みや密度を調節することで、所望の遮音性能を得ることができる。
【００６０】
電池１２の容量にもよるが、基準値ＬpRは、７０〜１００ｄＢの音量に設定すればよい。より好ましくは、基準値ＬpRを８０〜９０ｄＢの音量に設定することで、安全弁４２の作動の検知精度を向上させることができる。
【００６１】
ＥＣＵ１６は、弁作動検知部１７がセル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知すると、当該セル群１４の全ての電池１２の電流を遮断するように制御する。これは、図２〜図５の電池モジュール１０では、各電池１２が直列に接続されているからである。加えて、電池モジュール１０が例えば車載用の電池モジュールであれば、その旨を運転者に警告する処理（警告灯の点灯処理等）を行ってもよい。
【００６２】
以上の構成により、電池モジュール１０に少なくとも１つの音センサ２０を設けるだけで、電池モジュール１０に含まれる少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知することが可能となる。これにより、コストの上昇を抑えることができるとともに、配線が長大になることによる誤検知を防止することができる。
【００６３】
なお、音センサ２０が検出音の大きさ及び周波数成分に応じた信号を出力するとともに、弁作動検知部１７が、音センサ２０が検出する音の大きさと、音センサ２０により検出される音の周波数成分とに基づいて、安全弁４２の作動を検知してもよい。あるいは、音センサ２０により検出される音の周波数成分だけに基づいて、安全弁４２の作動を検知してもよい。
【００６４】
より具体的には、電池モジュール１０で各電池１２の安全弁４２を作動させたときの音を、あらかじめ、高速フーリエ変換法や自己回帰型の最大エントロピー法等により周波数解析する。そして、その解析結果をＥＣＵ１６のメモリに格納する。
【００６５】
安全弁４２の作動を検知するときには、音センサ２０により検出された音の大きさが基準値ＬpR以上であるか否かと、検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまるか否かを判定する。そして、検出された音の大きさが基準値ＬpR以上であり、かつ検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまる場合に、安全弁４２が作動したことを検知する。以上の構成により、安全弁４２の作動の誤検知を抑制することが可能となる。または、簡易的に、音センサ２０により検出された音を周波数解析した結果だけから安全弁４２の作動を検知することもできる。
【００６６】
なお、本実施形態では、電池１２を扁平角形であるとしたが、電池１２の形状をその他の円筒型、或いは、角柱型等としても良い。その場合にも、複数の電池１２の安全弁４２の設けられた封口板３６が同じ向きとなるように配設し、その結果、セル群１４全体で、各電池１２の安全弁４２が同じ方向にガスを放出するように並ばせればよい。
【００６７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は、実施形態１を改変したものであり、その電池モジュールの構成は、基本的には、図１〜図５により示したものと同一である。よって、図１〜図５を流用して説明する。
【００６８】
実施形態２が実施形態１と異なるのは、セル群１４の各電池１２の安全弁４２が、それぞれ、異なる周波数の作動音を発生することである。そして、ＥＣＵ１６のメモリに、セル群１４の各電池１２の安全弁４２の作動音の周波数成分を記憶させる。弁作動検知部１７は、音センサ２０により検出された音が基準値ＬpRであるときに、その音を周波数解析し、その解析結果を上記記憶された周波数成分と比較する。
【００６９】
そして、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれかと一致すれば、その一致した電池の安全弁４２が作動したと判定する。一方、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれとも一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁４２が作動した電池１２はないと判定する。これにより、各電池１２の安全弁４２の作動の誤検知を防止しつつ、検出音が、セル群１４のいずれの電池１２の安全弁４２の作動音であるかを判別することが可能となる。
【００７０】
その結果、例えば各電池１２が並列に接続されているような場合には、その電池１２の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後で安全弁４２が作動した電池１２を交換するときにも、その電池１２が特定されていることから、作業を効率的に行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、外部から各電池１２の安全弁４２を視認し難い構造である場合には、その効果は顕著となる。
【００７１】
（実施形態３）
次に、図６を参照して、本発明の実施形態３を説明する。実施形態３は、実施形態１を改変したものである。図１及び図５に示したように、実施形態１の電池モジュール１０においては、セル群１４における電池１２の並びの方向の中央部に音センサ２０が配置されている。これにより、音センサ２０と、セル群１４の端にある電池１２の安全弁４２とが離れすぎないようにしている。
【００７２】
これに対して、図６の電池モジュール１０Ａにおいては、セル群１４における電池１２の並びの方向の一方の端に音センサ２０を配置している。このように、電池１２の並びの方向の偏った位置に音センサ２０を配置することで、音センサ２０と、各電池１２の安全弁４２との距離が全て異なったものとなる。よって、電池１２毎に、音センサ２０により検出される安全弁４２の作動音の大きさが異なる。このため、音センサ２０により検出された作動音の大きさで、安全弁４２が作動した電池１２の位置を知ることができる。よって、安全弁４２の作動した電池１２を特定することができる。
【００７３】
より具体的には、電池モジュール１０Ａで、セル群１４の各電池１２の安全弁４２を作動させ、そのときに音センサ２０により検出される音の大きさを全ての電池１２についてあらかじめ計測しておく。そして、その結果をＥＣＵ１６のメモリに記憶させておき、音センサ２０により実際に安全弁４２の作動音が検出されたときに、その検出音の大きさと、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池１２で安全弁４２が作動したのかを判別することができる。よって、実施形態２と同様の効果を達成することができる。このとき、基準値ＬpRは、音センサ２０から最も遠い安全弁４２の作動音をあらかじめ計測し、それをＥＣＵ１６のメモリに記憶させた値と等しくすることができる。
【００７４】
（実施形態４）
次に、図７を参照して、本発明の実施形態４を説明する。実施形態４は、実施形態１を改変したものである。図１及び図５に示したように、実施形態１の電池モジュール１０においては、セル群１４における電池１２の並びの方向の中央部に１つの音センサ２０だけが配置されている。
【００７５】
これに対して、図７の電池モジュール１０Ｂにおいては、一対の音センサ２０Ａ及び２０Ｂが、セル群１４における電池１２の並びの方向の両端に１つずつ配置されている。このように、複数の音センサ２０Ａ及び２０Ｂを、所定距離をおいて配設することにより、安全弁４２が作動した電池１２の位置に応じて各音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比が決まる。よって、安全弁４２が作動した電池１２をより正確に特定することが可能となる。
【００７６】
より具体的には、電池モジュール１０Ｂで、セル群１４の各電池１２の安全弁４２を作動させ、そのときに音センサ２０Ａ及び２０Ｂにより検出される音の大きさの比を、全ての電池１２についてあらかじめ算出しておく。そして、その結果をＥＣＵ１６のメモリに記憶させておく。
【００７７】
音センサ２０Ａ及び２０Ｂにより実際に安全弁４２の作動音が検出されたときに、各検出音と基準値ＬpRとを比較する。その結果、両方の音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音が基準値ＬpR以上であれば、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したと判定する。そして、各音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比を算出し、算出された比と、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池１２で安全弁４２が作動したのかを判別することができる。また、算出された比と、メモリに記憶されたデータとが全く一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁４２が作動した電池１２はないと判定することもできる。よって、実施形態２と同様の効果を達成することができる。
【００７８】
このように、実施形態４では、複数の音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比に基づいて安全弁４２が作動した電池１２を特定するので、たとえ安全弁４２の作動音の大きさが常に一定でなくとも安全弁４２が作動した電池１２を特定することができる。よって、正確に安全弁４２が作動した電池１２を判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の電池モジュールは、それに含まれる電池の安全弁の作動を簡易に検出することができる。これにより、メンテナンス等が容易となるので、電気自動車、ハイブリッド自動車用電源などの大容量かつ高出力用途として好適に用いられる。【００８０】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【００８１】
１０…電池モジュール、
１２…電池、
１４…セル群、
１６…ＥＣＵ、
１７…弁作動検知部、
１８…対向部材、
２０、２０Ａ、２０Ｂ…音センサ、
４２…安全弁、
４６…蓋板、
【図１】
2011101942.tif 000003
【図２】
2011101942.tif 000004
【図３】
2011101942.tif 000005
【図４】
2011101942.tif 000006
【図５】
2011101942.tif 000007
【図６】
2011101942.tif 000008
【図７】
2011101942.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月23日(2011.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には、電池モジュールの安全性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用電源には、多数個の電池（例えば二次電池）が、直列または並列に、あるいは並列と直列とを組み合わせて接続された状態で使用されている。そして、１または複数個の電池を１単位として、それに充放電の制御回路や安全装置を付加して１つにまとめたものを電池パックもしくは電池モジュールと呼ぶ。電気自動車やハイブリッド自動車では、通常、複数個の電池モジュールを互いに電気的に接続して使用している。
【０００３】
そのような電池モジュールに使用される高容量電池、特にリチウムイオン電池には、通常、防爆弁等の安全弁が備えられている。電池が異常な高温環境下に置かれた場合や過充電状態になった場合には電池内部で多量のガスが発生する。この際に、電池内圧が異常に上昇すると、ガスを外部に逃がすために安全弁が作動する。
【０００４】
安全弁が作動した電池は、それ以上の使用を中止するために、電流が遮断される。よって、安全弁の作動を検知する必要性が生じる。このため、例えば特許文献１では、安全弁の近傍に噴出ガスの温度を検知する温度センサを配置することが提案されている。特許文献２では、安全弁が作動すると同時に切断されるように、安全弁にワイヤを取り付け、そのワイヤの切断を検知して、安全弁の作動を検知することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５９３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、安全弁の近傍に温度センサを配置する場合には、複数の電池のそれぞれに温度センサを設ける必要があり、コストが上昇するとともに、電池モジュールが大型化する。特に、電気自動車等の駆動用電源においては、電池の個数が１００個以上に達する場合もある。そのような場合には、温度センサの数も大量になり、コストが大幅に上昇する。また、温度センサを制御回路等と接続するための配線も非常に長くなる。このため、配線へのノイズの混入による誤検知も増大する。
【０００７】
さらに、安全弁の作動の検知に温度センサを使用する方法には、検知に時間を要するという根本的な問題がある。安全弁の作動直後は噴出ガスの温度も低いために、安全弁の作動を検知するまでには時間を要する。その結果、電池に異常が発生したときに、迅速に電流を遮断することができないことも考えられる。
【０００８】
また、安全弁にワイヤを取り付けて、安全弁の作動を検知する方法では、電池の製造工程で個々の電池に煩雑な加工を行う必要があり、工数が増大する。その結果、電池の製造ラインを組み替える必要性も生じる。このため、コストはさらに増大する。また、この場合にも配線長が長くなることにより誤検知が増大することは、温度センサを設ける場合と同様である。
【０００９】
本発明は、電池モジュールを構成する電池の安全弁の作動を簡易かつ十分な精度で検知することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面は、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも１つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも１つの音センサと、を具備する、電池モジュールに関する。
【００１１】
電池モジュールは、前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備する。前記音センサは、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力する。前記弁作動検知部は、前記第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、前記安全弁が作動したものと判断する。
【００１２】
ここで、互いに電気的に接続された複数の電池は、電池集合体もしくはセル群とも称される。そして、電池集合体の少なくとも一部を覆う前記対向部材は、遮音部材として機能することが好ましい。音センサは、前記対向部材と電池集合体との間、すなわち対向部材の電池集合体側に配置される。安全弁は、例えば前記電池の内圧が所定値以上であると破断して、内部ガスを外部に放出する易破断部を含む弁機構を有する。前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁（弁機構）が作動したことを検知する弁作動検知部は、所定の制御部（ＥＣＵ等）に設けることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、複数の電池に対して、１つ、もしくは少数の音センサを設けるだけで、複数の電池の安全弁の作動を検知することができる。したがって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。
【００１４】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【図２】電池モジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図３】拘束部材の外観を示す斜視図である。
【図４】セル群の一部分の斜視図である。
【図５】セル群に対向部材を配置した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る電池モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の電池モジュールは、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、それらの電池の安全弁と間隔をあけて対向配置される少なくとも１つの対向部材と、その対向部材と電池との間に配置され、安全弁の作動音を検出する音センサと、を具備する。ここで、電池モジュールには、音センサの出力信号に基づいて、安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備させる。音センサは、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力する。弁作動検知部は、第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、安全弁が作動したものと判断する。ただし、弁作動検知部は、音センサと連携して機能できる態様であれば、電池モジュールと一体に設置されていなくてもよく、電池モジュールが装着される負荷機器等、電池モジュールの外部に設けることもできる。
【００１７】
安全弁は、電池内圧が異常に上昇したような場合に、電池内部のガスを外部に噴出するように作動する。したがって、安全弁が作動すると比較的に大きな音が発生する。よって、各電池の安全弁と対向する対向部材を、安全弁とは間隔をあけて配置するとともに、その対向部材と電池との間に音センサを配置することで、音センサにより安全弁の作動音を容易に検出することができる。よって、電池モジュールに少なくとも１つの音センサを設けるだけで、その音センサの出力信号に基づいて、複数の電池の中の少なくとも１つの電池の安全弁が作動したことを検知することが可能となる。
【００１８】
ここで、音センサを、全ての電池の安全弁の比較的近傍の位置に配置し、その外側に対向部材を配置すれば、たとえ音センサの感度を低くしても、安全弁の作動音を容易に検出することができる。さらに、音センサの感度を低くすることで、外部の音が検出され難くなり、安全弁の作動を誤検知するのを防止することができる。よって、音センサと、対向部材の配置を適切なものとすることで、十分な精度で安全弁の作動を検知することが可能となる。このとき、音センサは、１つに限らず、各電池の安全弁と音センサとの距離が大きくなりすぎないように、２以上の音センサを使用することができる。
【００１９】
また、複数の電池の安全弁が全て同じ方向にガスを放出するのではなく、２以上の方向にガスを放出するように各電池が配置されているような場合には、その全ての方向に対向部材を配置するとともに、それらの対向部材と電池との間にそれぞれ音センサを配置すれば、全ての電池の安全弁の作動を十分な精度で検知するができる。
【００２０】
なお、複数の電池の安全弁のガスを放出する方向が２以下となるように各電池を配置するのが、音センサの数の増大を抑えるためには好ましい。これにより、コストの増大を抑えることができるとともに、配線長の増大も抑えることができる。したがって、ノイズの混入による誤検知を抑制して、高い精度で安全弁の作動を検知することができる。
【００２１】
ここで、対向部材は、外部の音を遮断するという観点からは、できるだけ高い遮音性を有する材料から形成するのが好ましい。これにより、検知精度が向上する。特に限定されないが、ＪＩＳ−Ａ１４１６に基づいて測定される５００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、２０〜４０ｄＢとなるように対向部材を形成することができる。
【００２２】
以上のように、本発明は、少なくとも１つの音センサを使用するだけで、電池モジュールの全ての電池について、簡易かつ十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、簡易かつ十分な精度で全ての電池の安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。さらに、安全弁が作動すると、その作動を、ほとんど間をおくことなく、直ちに検知することができる。よって、安全弁が作動したときに、電池の電流を遮断する等の必要な処置を迅速に行うことができる。
【００２３】
なお、安全弁が、電池の発電要素を収容する金属製の電池ケース、ないしはその電池ケースの開口を封口する金属製の封口板に設けられた薄肉部（易破断部）を含む態様では、その薄肉部が金属であることにより、一般的に、安全弁の作動音は比較的大きくなる。したがって、そのような場合には、安全弁の作動を、より高い精度で検知することができる。
【００２４】
本発明の一形態においては、音センサは、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力し、弁作動検知部は、第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、安全弁が作動したものと判断する。
【００２５】
このような方法で安全弁の作動を検知することで、機構が複雑化するのを防止することができる。上記以外で安全弁の作動を検知する方法としては、例えば、安全弁の作動音をあらかじめ周波数解析し、その結果を記憶しておくことが考えられる。そして、電池モジュールの使用中に音センサで検出された音を周波数解析し、その結果が、上記記憶された結果と一致すれば、安全弁が作動したと判定することができる。そのような検知方法では、音センサで検出された音を周波数解析するための回路が必要となる。
【００２６】
これに対して、音センサにより検出される音の大きさ（例えば音圧レベル）を基準値と比較することで安全弁の作動を検知する本形態では、高い処理能力を有する演算処理装置等を弁作動検知部に使用することなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。また、処理に時間を要しないので、安全弁が作動したことを直ちに検知することができる。
【００２７】
本発明の他の形態においては、電池モジュールの複数の電池の安全弁の少なくとも１つの作動音の周波数が、他の安全弁の作動音の周波数と異なっている。音センサは、第１信号とともに、検出した作動音の周波数に応じた第２信号を出力する。そして、弁作動検知部は、第１信号及び第２信号に基づいて、複数の電池のいずれの安全弁が作動したかを判別する。
【００２８】
例えば、複数の電池の安全弁の作動音の周波数を２種類にすれば、複数の電池を２つのグループに分けることができる。そして、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どちらのグループの電池の安全弁が作動したのかを知ることができる。よって、安全弁が作動した電池を特定しやすくなる。さらに、例えば電池モジュールに含まれる全ての電池の安全弁の作動音の周波数を互いに異ならせれば、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どの電池の安全弁が作動したのかを正確に知ることができる。なお、第１信号は、安全弁が作動した電池があるのか否かを判別するのに使用することができる。
【００２９】
その結果、安全弁が作動した電池の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後でその電池を交換するときの作業を効率よく行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、各電池の安全弁を外部から視認し難いような構造となっているような場合には、その効果が顕著となる。
【００３０】
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、複数の電池の安全弁のそれぞれからの距離が全て異なるように配設されている。そして、弁作動検知部は、上記第１信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。
【００３１】
上述したとおり、音センサにより検出された音が基準値以上の大きさであれば電池モジュールの少なくとも１つの電池の安全弁が作動したことが分かる。さらに、安全弁の作動音の大きさが常に一定であるような場合には、音センサの検出した作動音の大きさに基づいて、音センサと、安全弁との距離を知ることができる。よって、電池モジュールの複数の電池の中で、安全弁が作動した電池を判別することができ、上述の効果と同様の効果を達成することができる。
【００３２】
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、所定距離をおいて配置される第１センサ及び第２センサを有する。そして、弁作動検知部は、第１センサ及び第２センサがそれぞれ出力する第１信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。
【００３３】
例えば、各電池の安全弁が一列に並ぶように電池モジュールの複数の電池が配置されているような場合には、その並びの方向の異なった位置に第１センサ及び第２センサを配置する。これにより、安全弁が作動した電池の位置に応じて、第１センサ及び第２センサが検出する作動音の大きさの比が決まる。よって、安全弁の作動音の大きさが常に一定ではない場合にも、各センサが検出した作動音を比較することにより、安全弁が作動した電池を正確に特定することが可能となる。よって、上述の効果と同様の効果を達成することができる。
【００３４】
本発明の他の形態においては、複数の電池が２以上のグループに分けられるとともに、２以上のグループのそれぞれに対応して、音センサが少なくとも１つずつ配設される。そして、弁作動検知部は、グループ単位で安全弁の作動を検知する。
【００３５】
上述した通り、複数の電池の安全弁が２以上の方向にガスを放出するような態様では、音センサも複数個配設する必要性が生じる。そのような場合には、弁作動検知部が、グループ単位で安全弁の作動を検知するように構成する。これにより、例えば各グループを並列に接続しているような場合には、安全弁の作動が検知されたグループの電池の電流だけを遮断するような制御が可能となる。よって、安全弁の作動が検知されていないグループの電池からは、負荷機器への電力の供給が可能となり、例えば負荷機器が電気自動車であれば、所定の施設まで運転を継続させることも可能となる。
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成をブロック図により示す。
電池モジュール１０は、所定数（図示例では１０個）の電池１２から構成されるセル群１４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１６とを具備する。各電池１２の安全弁４２は、板状の対向部材１８と対向している。対向部材１８は遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。
【００３７】
そして、各電池１２の安全弁４２の作動音を検出するために、所定数（図示例では１つ）の音センサ２０が対向部材１８と各電池１２との間に配設されている。なお、音センサ２０は、対向部材１８と接触するように設けてもよいし、接触しないように設けてもよい。
【００３８】
音センサ２０には、静電型（コンデンサ）マイクロフォン、動電型マイクロフォン等を使用することができる。ＥＣＵ１６は、マイクロプロセッサ、またはＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダム・アクセス・メモリ）及びＲＯＭ（Read Only Memory：リードオンリーメモリ）等のメモリ、入出力装置及び通信モジュールを含む。そして、ＥＣＵ１６は、電池容量の算出、必要充放電量の決定、及び充放電のコントロール等の制御を行う。また、ＥＣＵ１６は、後で説明する弁作動検知部１７を含む。音センサ２０の出力信号は、弁作動検知部１７に入力される。
【００３９】
図２に、ＥＣＵ及び対向部材１８を取り外した状態の電池モジュールの外観を斜視図により示す。図３に、各電池１２を積み重ねた状態で拘束する拘束部材の外観を斜視図により示す。電池１２は、扁平角形であり、それらの厚み方向に積み重ねられることで、セル群１４を構成している。セル群１４の積層方向の外側には、それぞれ、一対のエンドプレート２２が配置されている。
【００４０】
一対のエンドプレート２２は、それぞれ、略長方形状であり、棒状の４本の拘束部材２４により四隅が互いに連結されている。また、各エンドプレート２２は、２つの長辺のそれぞれの中央位置で棒状の連結部材２６により互いに連結されている。
【００４１】
拘束部材２４の素材には、例えば、ＧＦ−ＰＥＴ（ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）のような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを使用するのが好ましい。連結部材２６には、例えば、アルマイト加工したアルミニウムを使用することができる。
【００４２】
図３に示すように、拘束部材２４には、軸方向に並ぶように、所定数（図示例では１０個）のセル係合部２４ａが設けられている。各電池１２は、それぞれ、４本の拘束部材２４のセル係合部２４ａと四隅がそれぞれ係合することで、一対のエンドプレート２２の間で、４本の拘束部材２４により支持されている。
【００４３】
図４に、セル群の一部分を斜視図により示す。図４は、セル群１４の中で隣り合う２つの電池１２に着目したものである。
【００４４】
セル群１４において、隣り合う２つの電池１２の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられている。上記隙間には、電池１２の膨張を抑制し、かつ流体流路を確保するために、波状部３２を有する略長方形のスペーサ３０が配置されている。波状部３２の両面には、流体流路として、スペーサ３０の短辺と平行で真っ直ぐな複数の溝が、スペーサ３０の長辺と平行な方向に一定のピッチで設けられている。スペーサ３０の各面の間で、複数の溝の位相は１／２ピッチだけずれている。スペーサ３０の素材には、例えば、ＧＦ−ＰＥＴやＰＣを使用することができる。
【００４５】
電池１２は、図示はしないが、正極、負極、およびこれらの間に介在させたセパレータ、並びに電解質で構成された発電要素を、金属製の電池ケース３４に収納した二次電池である。このような二次電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が挙げられる。ニッケル水素電池の場合、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解質に水酸化カリウム水溶液が用いられる。リチウムイオン電池の場合、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛などの炭素材料が用いられる。
【００４６】
より具体的には、電池１２は、一端部に開口を有する、有底角型の電池ケース３４と、その開口を封口する封口板３６とを備えている。封口板３６は、全体が金属（例えば、アルミニウム）から構成されており、その表面には、負極と接続された負極外部端子３８及び注液口４０が突設されている。電池ケース３４は正極と接続されており、電池ケース３４及び封口板３６が正極外部端子として機能する。
【００４７】
また、封口板３６には、薄肉部を含む安全弁４２が設けられている。その薄肉部は、封口板３６に切り欠き状の溝を形成することで設けることができる。そのような安全弁４２は、電池内圧が異常に上昇すると、薄肉部が比較的容易に破断して、電池ケース３４の内部のガスを外部に放出する。そして、金属からなる薄肉部が破断するときに音を発生する。このように、図示例の電池１２においては、安全弁４２が金属部分を含んでいるので作動音が大きくなり、安全弁４２の作動の検知精度が良好となる。
【００４８】
電池１２の容量は、３〜１００Ａｈとすることができる。電池１２の容量がこのような範囲であれば、安全弁４２の作動音がかなり大きくなるために、本発明を適用するのに好適である。より好適な電池１２の容量の範囲は、５〜３０Ａｈである。本発明は、そのような大型の二次電池に好適に適用することができる。
【００４９】
図４に示すように、図示例のセル群１４において、隣り合う２つの電池１２は、安全弁４２の設けられた封口板３６が同じ向きとなるように配設されている。その結果、セル群１４全体で、各電池１２の安全弁４２は同じ方向にガスを放出するように、一列に並んでいる。
【００５０】
さらに、隣り合う２つの電池１２の一方の電池１２（図４では、手前側の電池１２）の負極外部端子３８は、他方の電池１２の正極外部端子（封口板３６）と、導体からなる接続板４４により接続されている。そして、他方の電池１２の負極外部端子３８は、さらに、図示はしないが、隣の電池１２の正極外部端子（封口板３６）と接続板４４により接続されている。このようにして、セル群１４の全ての電池１２が直列に接続されている。
【００５１】
以上のように、全ての電池１２の封口板３６を同じ向きに配置することで、全ての電池１２の安全弁４２が同じ向きにガスを放出する。このため、１つの音センサで全ての電池の安全弁４２の作動音を検出することが可能となる。
【００５２】
なお、隣り合う電池１２の封口板３６が互いに反対側を向くように、各電池１２を積み重ねることも可能である。この場合には、それぞれの方向に対向部材１８を配置するとともに、各対向部材とセル群１４との間に少なくとも１つずつ音センサを配置することで、全ての電池１２の安全弁４２の作動音を検出することができる。
【００５３】
このとき、各電池１２は、封口板３６の向きが異なる２つのグループに分けられていると考えることができる。そして、そのような場合には、弁作動検知部１７は、各グループ単位で安全弁４２の作動を検知することができる。
【００５４】
セル群１４において、電池１２の積層方向の一端部の電池１２は、負極外部端子３８が他の電池モジュール１０または図示しない負荷機器と接続され、他端部の電池１２は、正極外部端子（封口板３６等）が他の電池モジュール１０または図示しない負荷機器と接続されている。
【００５５】
図５に、図１の対向部材と対応する蓋板によりセル群の一端部を覆った状態を、斜視図により示す。蓋板４６は、セル群１４で各電池１２の封口板３６が並ぶ端部を覆っている。上記端部の反対側の端部は、別の蓋板４８により覆われている。蓋板４６は、図１の対向部材１８と対応している。よって、蓋板４６は、遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。音センサ２０は、例えば蓋板４６の内側の面の中央部に取り付けることができる。
【００５６】
次に、安全弁の作動検知について説明する。
ＥＣＵ１６の弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号に基づいて、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知する。例えば、音センサ２０として、検出した音の大きさに応じた信号を出力するセンサ（前述のコンデンサマイクロフォン等）を使用する。そして、弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号から音センサ２０が検出した音の大きさ（音圧レベル）Ｌpを求める。そして、その音の大きさＬpを基準値ＬpRと比較する。
【００５７】
このとき、音センサ２０が検出した音の大きさＬpが基準値ＬpRに達していると（Ｌp≧ＬpR）、弁作動検知部１７は、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したものと判断する。このようにして、弁作動検知部１７は、音センサ２０の出力信号に基づいて、セル群１４に属する少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知することができる。ここで、基準値ＬpRは、ＥＣＵ１６のメモリ（例えばＲＯＭ）に格納しておくことができる。
【００５８】
蓋板４６（対向部材１８）は、例えば、ＪＩＳ−Ａ１４１６に基づいて測定したときの５００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、２０〜４０ｄＢであるような部材から形成することができる。
【００５９】
そのような材料としては、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等が考えられる。また、そのような樹脂は、絶縁性および耐熱性を有するとともに、高い遮音性を備えさせることができる。エンドプレート２２および拘束部材２４の素材もまた、外部からの音の回り込みを抑えるために、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等の遮音性の高い材料を使用することが好ましい。なお、蓋板４６の厚みや密度を調節することで、所望の遮音性能を得ることができる。
【００６０】
電池１２の容量にもよるが、基準値ＬpRは、７０〜１００ｄＢの音量に設定すればよい。より好ましくは、基準値ＬpRを８０〜９０ｄＢの音量に設定することで、安全弁４２の作動の検知精度を向上させることができる。
【００６１】
ＥＣＵ１６は、弁作動検知部１７がセル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知すると、当該セル群１４の全ての電池１２の電流を遮断するように制御する。これは、図２〜図５の電池モジュール１０では、各電池１２が直列に接続されているからである。加えて、電池モジュール１０が例えば車載用の電池モジュールであれば、その旨を運転者に警告する処理（警告灯の点灯処理等）を行ってもよい。
【００６２】
以上の構成により、電池モジュール１０に少なくとも１つの音センサ２０を設けるだけで、電池モジュール１０に含まれる少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したことを検知することが可能となる。これにより、コストの上昇を抑えることができるとともに、配線が長大になることによる誤検知を防止することができる。
【００６３】
なお、音センサ２０が検出音の大きさ及び周波数成分に応じた信号を出力するとともに、弁作動検知部１７が、音センサ２０が検出する音の大きさと、音センサ２０により検出される音の周波数成分とに基づいて、安全弁４２の作動を検知してもよい。あるいは、音センサ２０により検出される音の周波数成分だけに基づいて、安全弁４２の作動を検知してもよい。
【００６４】
より具体的には、電池モジュール１０で各電池１２の安全弁４２を作動させたときの音を、あらかじめ、高速フーリエ変換法や自己回帰型の最大エントロピー法等により周波数解析する。そして、その解析結果をＥＣＵ１６のメモリに格納する。
【００６５】
安全弁４２の作動を検知するときには、音センサ２０により検出された音の大きさが基準値ＬpR以上であるか否かと、検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまるか否かを判定する。そして、検出された音の大きさが基準値ＬpR以上であり、かつ検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまる場合に、安全弁４２が作動したことを検知する。以上の構成により、安全弁４２の作動の誤検知を抑制することが可能となる。または、簡易的に、音センサ２０により検出された音を周波数解析した結果だけから安全弁４２の作動を検知することもできる。
【００６６】
なお、本実施形態では、電池１２を扁平角形であるとしたが、電池１２の形状をその他の円筒型、或いは、角柱型等としても良い。その場合にも、複数の電池１２の安全弁４２の設けられた封口板３６が同じ向きとなるように配設し、その結果、セル群１４全体で、各電池１２の安全弁４２が同じ方向にガスを放出するように並ばせればよい。
【００６７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は、実施形態１を改変したものであり、その電池モジュールの構成は、基本的には、図１〜図５により示したものと同一である。よって、図１〜図５を流用して説明する。
【００６８】
実施形態２が実施形態１と異なるのは、セル群１４の各電池１２の安全弁４２が、それぞれ、異なる周波数の作動音を発生することである。そして、ＥＣＵ１６のメモリに、セル群１４の各電池１２の安全弁４２の作動音の周波数成分を記憶させる。弁作動検知部１７は、音センサ２０により検出された音が基準値ＬpRであるときに、その音を周波数解析し、その解析結果を上記記憶された周波数成分と比較する。
【００６９】
そして、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれかと一致すれば、その一致した電池の安全弁４２が作動したと判定する。一方、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれとも一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁４２が作動した電池１２はないと判定する。これにより、各電池１２の安全弁４２の作動の誤検知を防止しつつ、検出音が、セル群１４のいずれの電池１２の安全弁４２の作動音であるかを判別することが可能となる。
【００７０】
その結果、例えば各電池１２が並列に接続されているような場合には、その電池１２の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後で安全弁４２が作動した電池１２を交換するときにも、その電池１２が特定されていることから、作業を効率的に行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、外部から各電池１２の安全弁４２を視認し難い構造である場合には、その効果は顕著となる。
【００７１】
（実施形態３）
次に、図６を参照して、本発明の実施形態３を説明する。実施形態３は、実施形態１を改変したものである。図１及び図５に示したように、実施形態１の電池モジュール１０においては、セル群１４における電池１２の並びの方向の中央部に音センサ２０が配置されている。これにより、音センサ２０と、セル群１４の端にある電池１２の安全弁４２とが離れすぎないようにしている。
【００７２】
これに対して、図６の電池モジュール１０Ａにおいては、セル群１４における電池１２の並びの方向の一方の端に音センサ２０を配置している。このように、電池１２の並びの方向の偏った位置に音センサ２０を配置することで、音センサ２０と、各電池１２の安全弁４２との距離が全て異なったものとなる。よって、電池１２毎に、音センサ２０により検出される安全弁４２の作動音の大きさが異なる。このため、音センサ２０により検出された作動音の大きさで、安全弁４２が作動した電池１２の位置を知ることができる。よって、安全弁４２の作動した電池１２を特定することができる。
【００７３】
より具体的には、電池モジュール１０Ａで、セル群１４の各電池１２の安全弁４２を作動させ、そのときに音センサ２０により検出される音の大きさを全ての電池１２についてあらかじめ計測しておく。そして、その結果をＥＣＵ１６のメモリに記憶させておき、音センサ２０により実際に安全弁４２の作動音が検出されたときに、その検出音の大きさと、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池１２で安全弁４２が作動したのかを判別することができる。よって、実施形態２と同様の効果を達成することができる。このとき、基準値ＬpRは、音センサ２０から最も遠い安全弁４２の作動音をあらかじめ計測し、それをＥＣＵ１６のメモリに記憶させた値と等しくすることができる。
【００７４】
（実施形態４）
次に、図７を参照して、本発明の実施形態４を説明する。実施形態４は、実施形態１を改変したものである。図１及び図５に示したように、実施形態１の電池モジュール１０においては、セル群１４における電池１２の並びの方向の中央部に１つの音センサ２０だけが配置されている。
【００７５】
これに対して、図７の電池モジュール１０Ｂにおいては、一対の音センサ２０Ａ及び２０Ｂが、セル群１４における電池１２の並びの方向の両端に１つずつ配置されている。このように、複数の音センサ２０Ａ及び２０Ｂを、所定距離をおいて配設することにより、安全弁４２が作動した電池１２の位置に応じて各音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比が決まる。よって、安全弁４２が作動した電池１２をより正確に特定することが可能となる。
【００７６】
より具体的には、電池モジュール１０Ｂで、セル群１４の各電池１２の安全弁４２を作動させ、そのときに音センサ２０Ａ及び２０Ｂにより検出される音の大きさの比を、全ての電池１２についてあらかじめ算出しておく。そして、その結果をＥＣＵ１６のメモリに記憶させておく。
【００７７】
音センサ２０Ａ及び２０Ｂにより実際に安全弁４２の作動音が検出されたときに、各検出音と基準値ＬpRとを比較する。その結果、両方の音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音が基準値ＬpR以上であれば、セル群１４の少なくとも１つの電池１２の安全弁４２が作動したと判定する。そして、各音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比を算出し、算出された比と、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池１２で安全弁４２が作動したのかを判別することができる。また、算出された比と、メモリに記憶されたデータとが全く一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁４２が作動した電池１２はないと判定することもできる。よって、実施形態２と同様の効果を達成することができる。
【００７８】
このように、実施形態４では、複数の音センサ２０Ａ及び２０Ｂの検出音の大きさの比に基づいて安全弁４２が作動した電池１２を特定するので、たとえ安全弁４２の作動音の大きさが常に一定でなくとも安全弁４２が作動した電池１２を特定することができる。よって、正確に安全弁４２が作動した電池１２を判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の電池モジュールは、それに含まれる電池の安全弁の作動を簡易に検出することができる。これにより、メンテナンス等が容易となるので、電気自動車、ハイブリッド自動車用電源などの大容量かつ高出力用途として好適に用いられる。
【００８０】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【００８１】
１０…電池モジュール、
１２…電池、
１４…セル群、
１６…ＥＣＵ、
１７…弁作動検知部、
１８…対向部材、
２０、２０Ａ、２０Ｂ…音センサ、
４２…安全弁、
４６…蓋板、
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも１つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも１つの音センサと、
前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部と、を具備し、
前記音センサは、検出した音の大きさに応じた第１信号を出力し、
前記弁作動検知部は、前記第１信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、前記安全弁が作動したものと判断する、電池モジュール。
【請求項２】
前記複数の電池の前記安全弁の少なくとも１つの作動音の周波数が、他の前記安全弁の作動音の周波数と異なっており、
前記音センサが、さらに、検出した音の周波数に応じた第２信号を出力し、
前記弁作動検知部は、前記第１信号及び第２信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記音センサが、前記複数の電池の前記安全弁のそれぞれからの距離が全て異なるように配設されており、
前記弁作動検知部は、前記第１信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記音センサが、所定距離をおいて配置される第１センサ及び第２センサを有し、
前記弁作動検知部は、前記第１センサ及び第２センサがそれぞれ出力する前記第１信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の電池が２以上のグループに分けられるとともに、
前記２以上のグループのそれぞれと対応して、前記音センサが少なくとも１つずつ配設されており、
前記弁作動検知部は、前記グループ単位で前記安全弁の作動を検知する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011101942.tif 000010
【図２】
2011101942.tif 000011
【図３】
2011101942.tif 000012
【図４】
2011101942.tif 000013
【図５】
2011101942.tif 000014
【図６】
2011101942.tif 000015
【図７】
2011101942.tif 000016
【国際調査報告】
2011101942.tif 000017
2011101942.tif 000018
2011101942.tif 000019
2011101942.tif 000020